[發(fā)明專利]光敏鐵電聚合物復(fù)合薄膜及其制備方法以及使用該復(fù)合薄膜的鐵電器件或壓電器件

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111289976.1
• 申請(qǐng)日: 2021-11-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113801413B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-08-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王瑤;黃辰;張凌宇;成子巍;鄧元
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): C08L27/16
• 分類號(hào): C08L27/16;C08K5/17;C08J5/18;H01L41/18;H01L41/37
• 代理公司: 北京林達(dá)劉知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇;李茂家

本發(fā)明涉及一種光敏鐵電聚合物復(fù)合薄膜及其制備方法，以及使用該復(fù)合薄膜的鐵電器件或壓電器件。本發(fā)明的復(fù)合薄膜包括：有機(jī)柔性聚合物基體，和無(wú)機(jī)?有機(jī)雜化鈣鈦礦填料顆粒，其中，所述填料顆粒相對(duì)于所述復(fù)合薄膜的總質(zhì)量的含量為1質(zhì)量％～5質(zhì)量％，并且所述填料顆粒以單分散狀態(tài)存在于所述基體中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種包括有機(jī)柔性聚合物基體和有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦填料顆粒的復(fù)合薄膜，及其制備方法，屬于柔性電子和光電子材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)

柔性電子是一類高度交叉融合的顛覆性科技形式，在表觀機(jī)械柔性方面超越了經(jīng)典電子系統(tǒng)，極大拓展了電子器件應(yīng)用范圍。鐵電材料因晶格-電荷強(qiáng)關(guān)聯(lián)而具有豐富的物理內(nèi)涵，呈現(xiàn)鐵電性、壓電性和熱釋電性，在信息存儲(chǔ)與能源轉(zhuǎn)換領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，是一類重要的智能材料。鐵電陶瓷具有優(yōu)異的鐵電、壓電性能，但其脆性嚴(yán)重限制了其在柔性電子器件中的應(yīng)用。鐵電聚合物有優(yōu)異的機(jī)械柔性，但極化強(qiáng)度相較無(wú)機(jī)鐵電材料較低；因此，亟需提高其電極化性能，以發(fā)展鐵電聚合物在柔性電子的應(yīng)用。以聚偏二氟乙烯(以下可以簡(jiǎn)稱為“PVDF”)為代表的鐵電聚合物有優(yōu)異的柔性和機(jī)械加工性，但極化強(qiáng)度(約為6-10μC/cm²)和壓電系數(shù)(約為-30pm/V)相較無(wú)機(jī)鐵電材料較低；因此，亟需提高鐵電聚合物的電極化強(qiáng)度等性能，以推動(dòng)其在柔性電子的應(yīng)用。

當(dāng)前，提高鐵電電極化強(qiáng)度的途徑包括：(1)設(shè)計(jì)共聚物，例如用聚偏二氟乙烯-三氟乙烯(PVDF-TrFE)代替PVDF；(2)通過(guò)將鐵電陶瓷如BaTiO₃，例如TiO₂、碳材料如碳納米管、石墨烯和其它新型功能填料等半導(dǎo)體氧化物加入鐵電聚合物基體中，使得制備的PVDF基復(fù)合材料結(jié)合聚合物優(yōu)異的柔性、加工性與填料豐富的物理特性，表現(xiàn)出一定程度上電極化強(qiáng)度性能的提升。然而，無(wú)論是通過(guò)分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或是通過(guò)復(fù)合策略實(shí)現(xiàn)提升電極化強(qiáng)度性能，電極化強(qiáng)度提升幅度有限，而且引入無(wú)機(jī)第二相，將極大損害材料的機(jī)械柔性，無(wú)法兼具優(yōu)異的柔性與強(qiáng)極化。此外，在拓展鐵電復(fù)合體系中例如介電、壓電、鐵電性能與熱性能、力學(xué)性能、光學(xué)性能等多功能耦合的新潛能方面，仍有進(jìn)步的空間。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明要解決的問(wèn)題

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的狀況以及存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦填料/柔性聚合物基體復(fù)合薄膜，該復(fù)合薄膜兼具優(yōu)異的柔性與優(yōu)異的鐵電性(例如，提高的剩余極化強(qiáng)度)，同時(shí)還具有發(fā)光特性。另外，本發(fā)明的復(fù)合薄膜的提高的剩余極化強(qiáng)度等優(yōu)異的鐵電性在加熱和外加應(yīng)變的條件下能夠保持穩(wěn)定。

本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種復(fù)合薄膜的原位制備方法，目前為制備形狀尺寸可控的高質(zhì)量金屬鹵素鈣鈦礦材料，所采取的方法例如熱注射法及配體輔助重沉淀法等液相技術(shù)是最佳途徑，然而產(chǎn)物在后期純化過(guò)程中因膠體表面長(zhǎng)鏈配體的脫除而發(fā)生團(tuán)聚，同時(shí)過(guò)低的產(chǎn)率也限制其作為填料應(yīng)用于大規(guī)模復(fù)合的生產(chǎn)之中。為了提升復(fù)合效率及穩(wěn)定性，常選擇疏水性聚合物進(jìn)行封裝處理。然而，將液相法分離后的鈣鈦礦納米晶直接添加至聚合物內(nèi)的這種“先填料，后復(fù)合”的模式仍未消除上述不足。針對(duì)上述現(xiàn)狀和問(wèn)題，本發(fā)明所采用的前驅(qū)體-聚合物溶液原位復(fù)合制備方法(也稱為“一步法”)能夠獲得兼具柔性與優(yōu)異的鐵電性、同時(shí)具有發(fā)光特性的復(fù)合薄膜。

用于解決問(wèn)題的方案

通過(guò)本發(fā)明人長(zhǎng)期的研究，發(fā)現(xiàn)通過(guò)以下技術(shù)方案的實(shí)施能夠解決上述技術(shù)問(wèn)題：

[1].本發(fā)明首先提供了一種復(fù)合薄膜，其特征在于，其包括：

有機(jī)柔性聚合物基體，和

無(wú)機(jī)-有機(jī)雜化鈣鈦礦填料顆粒，

其中，所述填料顆粒的含量相對(duì)于所述復(fù)合薄膜的總質(zhì)量為1質(zhì)量％～5質(zhì)量％，并且所述填料顆粒以單分散狀態(tài)存在于所述基體中。